Article title: Acoustic masking of blue whale calls by ship noise in Northern Chilean Patagonia

Technisches Resümee: Akustische Maskierung von Blauwal-Rufen durch Schiffsverkehr in Nordpatagonien, Chile

Problemstellung
Anthropogener Unterwasserlärm stellt eine erhebliche Bedrohung für Bartenwale dar, indem er den Kommunikationsraum durch akustische Maskierung einschränkt. Nordpatagonien (NCP), Chile, dient als kritischem Nahrungsgebiet für den gefährdeten Südostpazifik-Blauwal (Balaenoptera musculus), doch dieses Gebiet weist eine beträchtliche Überschneidung mit dem Schiffsverkehr auf. Während frühere Studien die räumliche Überschneidung zwischen Walhabitaten und Schiffsverkehr in Nordpatagonien dokumentiert und die allgemeinen Mechanismen der Lärmmaskierung etabliert haben, fehlte es bisher an Forschung, welche die spezifischen Auswirkungen von Schiffsverkehr auf den Kommunikationsraum von Blauwalen in dieser Region quantifiziert hat. Zudem stützen sich bestehende Maskierungsstudien oft auf simulierte Tierbewegungen anstatt auf empirischen Daten. Diese Studie adressiert die Wissenslücke hinsichtlich der zeitlichen und räumlichen Variabilität der Kommunikationsmaskierung für Südostpazifik-Blauwale unter den aktuellen Schifffahrtsbedingungen und bewertet die potenzielle Wirksamkeit von Reduzierungen der Schiffsgeschwindigkeit (Limits von 8 kt und 10 kt) als Minderungsstrategie.

Methodik
Die Studie verwendete ein Modellierungs-Framework zur akustischen Maskierung, das mit empirischen Daten von vier satellitengestützten Blauwalen (B12, B13, B14 und B15) sowie AIS-Schiffsdaten verknüpft wurde, die zwischen dem 4. Februar und dem 16. Juni 2019 erhoben wurden.

• Datenquellen:

  • Wal-Tracks: Echtzeit-Bewegungsdaten aus Satellit-Tags wurden unter Verwendung eines kontinuierlichen Correlated-Random-Walk-Modells verarbeitet, um Beobachtungsfehler und ozeanographische Variablen zu berücksichten.
  • Schiffsdaten: AIS-Daten lieferten Schiffskoordinaten, Klasse, Länge und Geschwindigkeit. Die Schiffstrajektorien wurden auf 10-Minuten-Wegpunkte dezimiert.
  • Umweltdaten: Windgeschwindigkeitsdaten wurden von NCEP/NOAA bezogen, um den natürlichen Hintergrundschalldruck zu modellieren.

• Modellierungsansatz:

  • Schätzung des Kommunikationsraums: Basierend auf dem Framework von Clark et al. (2009) berechnete die Studie den „Sender-Kommunikationsraum“ (die maximale Fläche, in der eine akustische Kommunikation stattfinden kann) für zwei Ruftypen: die weitreichenden „Song-Calls“ (20–25 Hz) und die kurzreichweitigen „D-Calls“ (38–88 Hz).
  • Ausbreitungsmodell: Es wurde ein Ausbreitungsverlustmodell verwendet, das zwischen sphärischer und zylindrischer Ausbreitung liegt und die Bathymetrie von GEBCO einbezieht. Die Schalldruckpegel wurden bei 174 dB für Songs und 166 dB für D-Calls angenommen.
  • Maskierungsberechnung: Der Signalüberschuss (Signal Excess, SE) wurde für ein Gitter potenzieller Empfänger um die Wal-Tracks herum berechnet. Der Kommunikationsraumverlust ($CS_{loss}$) und die Maskierung ($M_s$) wurden durch den Vergleich des Kommunikationsraums unter natürlichen Windgeräuschbedingungen gegenüber den Bedingungen einschließlich Schiffsverkehr ermittelt.
  • Szenarien: Das Modell simulierte vier Bedingungen: (a) nur Windgeräusche; (b) Wind + aktueller Schiffsverkehr; (c) Wind + Schiffsverkehr mit einer 10-Knoten-Geschwindigkeitsbegrenzung; und (d) Wind + Schiffsverkehr mit einer 8-Knoten-Geschwindigkeitsbegrenzung.

Zentrale Ergebnisse

• Aktuelle Maskierungsniveaus: Unter den aktuellen Schiffsverkehrsbedingungen reduzierte der Schiffsverkehr den Kommunikationsraum im Durchschnitt um 25 % für Song-Calls und um 47 % für D-Calls über die vier markierten Wale hinweg.
• Maximale Auswirkungen: Die Spitzenmaskierung erreichte 68,4 % für Song-Calls und 97,3 % für D-Calls.
• Variabilität: Die Maskierung variierte signifikant über Zeit und Raum, beeinflusst durch die Position der Wale, die Bathymetrie, Windbedingungen und die Dichte des Schiffsverkehrs. D-Calls erfuhren konsistent eine höhere Maskierung als Song-Calls, was auf ihre niedrigeren Schalldruckpegel und höheren Frequenzen zurückzuführen ist, welche ihre Reichweite begrenzen.
• Einfluss der Schiffsgröße: Schiffe größer als 100 Meter erzeugten die höchste mediane Maskierung (29 % für Songs, 50 % für D-Calls). Dies war mehr als viermal so hoch wie die Maskierung durch Schiffe der Größe 51–100 m bei Songs und mehr als doppelt so hoch bei D-Calls.
• Wirksamkeit der Geschwindigkeitsbegrenzung:
  • Die Implementierung einer 10-Knoten-Geschwindigkeitsbegrenzung reduzierte die mediane Maskierung auf 16–27 % für Song-Calls und 33–43 % für D-Calls.
  • Die Implementierung einer 8-Knoten-Geschwindigkeitsbegrenzung reduzierte die mediane Maskierung weiter auf 5–9 % für Song-Calls und 22–32 % für D-Calls, abhängig vom spezifischen Wal-Track.
  • Für kleinere Schiffsklassen (<100 m) führte eine 8-Knoten-Begrenzung zu 0 % Maskierung für Song-Calls.

Bedeutung und Behauptungen
Die Autoren behaupten, dass diese Studie die erste ist, die die Kommunikationsmaskierung unter Verwendung realer Bewegungsspuren von Blauwalen schätzt, anstatt auf simulierten Animats zu basieren, was eine realistischere Bewertung der zeitlichen und räumlichen Variabilität des Verlusts an Kommunikationsraum ermöglicht.

Die Arbeit kommt zu folgendem Schluss:

1. Die Reduzierung der Schiffsgeschwindigkeit ist eine effektive zweckgebundene Minderungsmaßnahme. Die Senkung der Geschwindigkeiten auf 8 oder 10 Knoten reduziert gleichzeitig die akustische Maskierung und senkt das Risiko tödlicher Kollisionen mit Schiffen, insbesondere für die größten Schiffe, die sowohl am meisten Lärm als auch die meisten Todesfälle verursachen.
2. D-Calls sind überproportional betroffen. Die hohe Maskierung der D-Calls deutet darauf hin, dass der Schiffsverkehr gezielt die Kommunikation in geringer Entfernung und die Koordination bei der Nahrungssuche beeinträchtigt, welche kritische Verhaltensweisen in diesem Nahrungsgebiet sind.
3. Management-Implikationen. Die Integration von Geschwindigkeitsmanagement in Erhaltungsstrategien für das Nahrungsgebiet in Nordpatagonien könnte erhebliche ökologische Vorteile bieten. Die Studie unterstützt die Implementierung von Geschwindigkeitsbegrenzungen (insbesondere 8 Knoten) als eine praktikable Strategie, um den akustischen Fußabdruck der Schifffahrt in kritischen Lebensräumen des Blauwals zu mildern.